(57)【要約】【課題】  検査対象物を撮影した撮影画像とその基準画像を位置合わせする際、両画像の位置ズレ量を速やかに且つ正確に算出できるようにする。【解決手段】  撮影画像Ｓ、基準画像Ｍそれぞれの画像の各画素Ｇの明度を、縦列、横列方向に各画素ラインＸ１、Ｘ２…、Ｘｎ、Ｙ１、Ｙ２…、Ｙｍごと全て加算して加算数値列を求め、両画像の対応する箇所の加算数値の差を縦列、横列の各画素ラインごと算出するとともに、お互いの画像の画素ラインを１ラインづつズラシながら加算数値の差を求めてゆき、そのうち、差の一番少ない位置から補正値を決定する。この際、画像の縦列、横列の両側端部の所定数の画素を比較対象から除外し、この除外した量を補正最高限度とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の撮影画像をその基準画像と比較するパターンマッチングの際、二つの画像の位置ずれを補正する補正方法であって、両者の画像の各画素の明度を縦列方向、横列方向に各画素ラインごと全て加算して、各方向の画素ラインごとの加算数値列を求め、両画像の対応する画素ラインの加算数値の差を求めるとともに、縦、横方向にお互いの加算数値列の加算数値を１つづつズラシながらその差を求めてゆき、そのうち、差の一番少ない位置を見出して補正値を決定することを特徴とする画像の位置補正方法。
【請求項２】
前記加算数値列を縦、横方向に１つづつズラシながら差を求めて比較する際、縦列、横列の両側端部の所定数の画素ラインについては補正最高限度として比較の対象から除外し、また前記補正最高限度をズラシの最大量とすることを特徴とする請求項１に記載の画像の位置補正方法。
【請求項３】
前記撮影画像と基準画像の加算数値の差を比較する際、加算数値列の総数をｙとし、それぞれの加算数値の差をｘとした場合に、最小二乗法を用いてｘ／ｙが規定量より多い場合はエラーと判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像の位置補正方法。
【請求項４】
前記撮影画像と基準画像の縦列、横列の明度を加算した加算数値列以外に、斜め列の明度を加算した加算数値列をも求めて比較することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像の位置補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子部品が実装された基板の実装状態を撮影した撮影画像と、その基準画像とをパターンマッチングで検査するような際、両者の画像の位置ズレを補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板に実装された電子部品の実装状態を検査する技術として、予め、正規に実装された基板を撮影した基準画像を準備しておき、この基準画像と検査対象物の基板を撮影した撮影画像とを比較することで良否を判定するような技術が知られている。そして近年では、実装状態を検査するにあたり、実装部品の微細化に伴って、高倍率で検査対象画像を取得する必要が生じるようになっており、特に高倍率化して撮影したような場合には、検査場所へのカメラの移動を例えばＸＹステージで行おうとすると、ミクロン単位での移動を繰り返して精度を出す必要がある。しかしながら、機械的に精度を出そうとしても限界があり、誤差のない撮影画像の取得は限界に達している。それでも、このような微細化された実装部品の検査精度を上げるためには、基準画像と検査対象画像とを１画素のズレもなくして重ね合わせて比較する必要がある。
そこで、従来の技術では、このような２つの画像の比較において、両者の画像を位置合わせするため、基準となる画像のある特徴的な領域のセルをテンプレートとして選択し、この選択セルをテンプレートとして他の画像に対してテンプレートマッチングを行い、このマッチング結果に基づいて画像の位置ズレ量を求めるような技術が知られている。（特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平９−３５０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記のような従来技術では、テンプレートとして選択するセルの絵柄のバラツキによる補正の不正確性や、選択セルの場所の限定等の不具合があり、しかも、位置ズレ量の算出に時間がかかるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、選択セルの場所の限定や補正の不正確性という不具合を是正し、画像の位置ズレ量を速やかに且つ正確に算出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、検査対象物の撮影画像をその基準画像と比較するパターンマッチングの際、二つの画像の位置ずれを補正する補正方法において、両者の画像の各画素の明度を縦列方向、横列方向に各画素ラインごと全て加算して、各方向の画素ラインごとの加算数値列を求め、両画像の対応する画素ラインの加算数値の差を求めるとともに、縦、横方向にお互いの加算数値列の加算数値を１つづつズラシながらその差を求めてゆき、そのうち、差の一番少ない位置を見出して補正値を決定するようにした。
【０００６】
すなわち、従来の画像位置補正方法が、ある狭い領域の特徴的なセルを選択して位置整合するような方式であるとすると、本願発明の場合は画像全体を見渡し、画像全体の明度分布で補正値を求めるような方式である。そして、例えば横方向に○○画素分、縦方向に××画素分移動させれば、両方の画像全体の明度分布差を一番小さくできるという点を見出すようにし、この点を補正値とする。そして補正値が得られると、いずれか一方の画像を他方の画像に対して横方向に○○画素、縦方向に××画素移動させることにより両方の画像を一致させることができる。こうすることで、補正がより正確に行われるとともに、演算処理が簡単で単純なため、補正値を迅速に決定することができる。
なお、ここでいう縦列、横列の画素ラインとは、例えば画像全体が横１０００画素、縦５００画素によって構成されている場合、縦方向に対しては１０００列の画素ライン、横方向に対しては５００列の画素ラインが形成され、加算数値列は、横方向に１０００の数値からなる加算数値列が、縦方向に５００の数値からなる加算数値列が形成されることになる。
また、「加算数値の差が一番少ない位置」とは、後述する最小二乗法によるｘ／ｙが最小となる位置とする。
【０００７】
また本発明では、前記加算数値列を縦、横方向に１つづつズラシながら差を求めて比較する際、縦列、横列の両側端部の所定数の画素ラインについては補正最高限度として比較の対象から除外し、また前記補正最高限度をズラシの最大量とするようにした。
【０００８】
すなわち、補正によって両方の画像を相対的に移動させれば、補正値分に相当する画像の上下、左右両端部分は両方の画像が重なり合うことのない意味のない領域となる。また、両方の画像が重なり合うことのない領域は、一方側の画像から画素の明度を得ることができない領域であり、両画像の明度差から比較するためには特別な細工等を必要とするが、この領域を比較の対象から除外すれば、格別な手段を必要としない。そこで、当初から上下左右の両端部分の所定の領域を最大補正限度として比較の対象から除外しておくことにより効率的に比較できる。
なお、補正最高限度の具体的な値については、経験値等に基づいて決定する。
【０００９】
また本発明では、前記撮影画像と基準画像の加算数値列の差を比較する際、加算数値列の総数をｙとし、それぞれの加算数値の差をｘとした場合に、最小二乗法を用いてｘ／ｙが規定量より多い場合はエラーと判定するようにした。
【００１０】
基準画像と撮影画像とを重ね合わせてパターンマッチングで比較する際、全く異なった比較対象物で比較することも皆無ではない。このような際には、エラーとして除外する必要があるため、そのようなエラーを最小二乗法で判断するようにする。
ここで最小二乗法とは、計測データ等の誤差を含んだ値から、最もこれに近似する関数を直線で近似するものであり、サンプル数をｙとし、誤差をｘとした場合に、ｙ＝ａｘ+ｂで表される直線の傾きｘ／ｙが一定量以上になると、サンプル数全般における誤差があまりに大きすぎるとして、これをエラーとするものであり、このような最小二乗法を採用することで、エラーを合理的に判断することができる。
【００１１】
また本発明は前記撮影画像と基準画像の縦列、横列の明度を加算した数値列以外に、斜め列の明度を加算した数値列をも求めて比較するようにした。
縦列、横列以外に斜め列の明度を加算した数値列をも加味することにより、画像の補正がＸ、Ｙの２軸方向のみならず、回転方向の補正もできるようになり、一層精密に補正することができる。
【発明の効果】
【００１２】
基準画像と撮影画像を重ね合わせてパターンマッチングを行う際、両者の画像全体を見渡し、全体の明度分布で補正値を求めるようにすることで、重ね合わせ精度を高めることができるとともに、補正量を迅速に決定することができる。そして、加算数値列を縦、横方向に１つづつズラシながら差を求めて比較する際、両側端部の所定数の画素ラインを除外することにより、効率的に比較することができ、またエラーを判断するのに最小二乗法を採用することで合理的に判断することができる。
また、斜め列の画素の明度を加算した数値列をも加味することで、画像の位置合わせ精度を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は基準または撮影画像の一例図、図２、図３は本発明の位置補正方法を説明するための説明図である。
【００１４】
本発明に係る画像の位置補正方法は、例えば実装基板等の検査対象物の撮影画像をその基準画像と比較して検査するような画像処理検査にあたり、従来のように画像のうちの特徴的な部分を選択セルとして抽出し、これを基準として両画像を位置合わせするのでなく、画像全体を見渡して両画像の位置ズレ量を迅速に決定し、瞬時に両画像を重ね合わせることができるようにされている。
【００１５】
そして本願発明の位置補正の基本原理は、図１、図２に示すような画像情報の最小単位である各画素Ｇの明度に基づいて明度スペクトラムを作成し、検査対象物の撮影画像の明度スペクトラムと、基準画像の明度スペクトラムとを対比するとともに、両画像の相対的な位置を変化させつつ比較し、最もマッチング度の良い相対位置関係を求めて補正量を決定するというものである。
【００１６】
その具体的な方法は、図２に示すように、いま画像の画素Ｇが、横方向（Ｘ方向）にＸ１、Ｘ２…Ｘｎのｎ列、縦方向（Ｙ方向）にＹ１、Ｙ２…Ｙｍのｍ列で構成され、Ｘ１、Ｘ２…Ｘｎ、及びＹ１、Ｙ２…Ｙｍを各画素ラインと呼んだ場合に、各画素Ｇの明度を、画素ラインごと縦列方向、横列方向に全て加算して各方向の加算数値列を求める。そしてこの加算数値列とは、例えば、Ｘ１の画素ライン上に存在する全ての画素Ｇの明度の加算値を、簡単な一桁の５であるとし、Ｘ２の画素ライン上に存在する全ての画素Ｇの明度の加算値を６とし、Ｘ３の画素ライン上に存在する全ての画素Ｇの明度の加算値を７とし、以下同様にしてＸｎの画素ライン上に存在する全ての画素Ｇの明度の加算値を４とした場合、Ｘ方向の加算数値列は、567…4のようなｎ個の数値列で表される。
同様にしてＹ方向の数値列がｍ個の数値列として表される。
ちなみに、画像処理検査装置などに使用される一般的な画像の画素数は、Ｘ方向に１０００〜１４００画素、Ｙ方向に８００〜１１００画素程度である。
【００１７】
そして、このような数値列が、基準となるべき基準画像の縦・横列と、検査対象物の撮影画像の縦・横列との２種類得られることになる。
【００１８】
そして、両画像の比較においては、それぞれの画像の対応する縦・横列の加算数値列の数値の比較が行われ、縦・横方向にお互いの加算数値を１つづつズラシながら差が求められて比較される。
これを具体的な数値に例にとって説明すると、今、基準画像のＸ方向の画素ライン数が１３で、その加算数値列が、5556768766555であり、撮影画像のＸ方向の加算数値列が5676876655554である場合、例えば基準画像に対して撮影画像の加算数値列を右方向に１つづつズラシながら比較すると、一つのズラシで（5556768766555）と（*567687665555）とでその差分（絶対値）が|（*011121101000）|となり、二つのズラシで(5556768766555)と(**56768766555)とでその差分（絶対値）が|(**00000000000)|となり、三つのズラシで(5556768766555)と(***5676876655)とでその差分（絶対値）が|(***1112110100)|となり、二つのズラシの場合が、全体のマッチ度において最高となる。従って、この場合は、Ｘ方向に２画素分の補正量が必要であることが判る。
【００１９】
そして、Ｙ方向においても同様の要領により補正値が求められ、Ｘ、Ｙ方向の補正量が直ちに判明し、両方の画像を精度良く一致させることができる。
【００２０】
ところで、以上のような補正要領により、基準画像Ｍと撮影画像Ｓの両画像を一致させると、図３（ｃ）に示すように、各画像Ｍ、ＳのＸ方向、Ｙ方向の両側端部に、重なり合うことのない無駄な部分δｘ、δｙが生じるようになる。そして、このδｘ、δｙの領域は、一方側の画像から明度が得られない領域であり、比較の対象として不適当な領域であるため、本実施例では、予め画像の両側端部の所定領域部分の画素Ｇについては、補正最高限度として比較の対象から除外するとともに、両画像Ｍ、Ｓをズラシて比較する際のズラシの最大量を、この補正最高限度としている。
【００２１】
そして、この両側部分の補正最高限度の画素数は、例えば撮像装置のガタ等による画像のズレの量や、撮影エリアの範囲等の関係から経験値で決定するようにしている。
ちなみに、本実施例では、この補正最高限度の画素数は、Ｘ、Ｙ方向とも、端部寄りの５〜１５画素程度（両側合わせて１０〜３０画素程度）としており、検査に影響がでないような領域に設定している。
【００２２】
また、基準画像のスペクトラムと、撮影画像のスペクトラムが全く同じになることは皆無といってよく、場合によっては、全く別の比較対象で比較することもあり得る。そしてこの場合は、補正対象外のエラーとして判別する必要があり、また加算数値の差の最小の位置が不明な場合もある。このため、本発明では、最小二乗法を用いてこれらを判別するようにしている。以下、その判別方法について説明する。
【００２３】
前記例の基準画像のＸ方向の加算数値列（5556768766555）と、撮影画像のＸ方向の加算数値列（5676876655554）を例にとった場合、前記のように、両者の差分（絶対値）は、両画像そのままの状態で、|(0120112111001)|（合計11）、撮影画像を右方向に画素１ライン分ズラシした状態で、|(*011121101000)|（合計8）、画素２ライン分ズラシした状態で、|(**00000000000)|（合計0）、画素３ライン分ズラシした状態で、|(***1112110100)|（合計8）となり、画素２ラインのズラシにより一致させることができることが明白に判る。
【００２４】
これに対して、基準画像のＸ方向の加算数値列が（5556768766555）で、撮影画像の加算数値列が（6866554934477）の場合、両画像の差分（絶対値）は、そのままの状態で、|(1310214232122)|（合計24）、撮影画像を右方向に画素１ライン分ズラシた状態で、|(*130113333112)|（合計22）、画素２ライン分ズラシた状態で、|(**12103223211)|（合計18）、撮影画像を左方向に画素１ライン分ズラシた状態で、|(311122142222*)|（合計23）、同方向に画素２ライン分ズラシした状態で、|(11013353212**)|（合計19）となり、どの位置が基準画像に近いのか、または基準画像が間違っているのかが判然としない。
【００２５】
そこで本発明では、加算数値列の総数（サンプル数）をｙとし、差分（誤差）をｘとした場合に、最小二乗法を用いてｘ／ｙが規定値より多い場合はエラーと判定し、ｘ／ｙが規定値内にあるときは、ｘ／ｙが最小となる位置を補正位置と判断するようにした。この最小二乗法は、複数のデータ（ｘ１・ｙ１）（ｘ２・ｙ２）…（ｘｎ・ｙｎ）が得られた場合に、最もこれらに最も適合すると思われる直線ｙ＝ａｘ+ｂを計算で求めるものであり、横軸をｙ、縦軸をｘとして直線ｙ＝ａｘ+ｂを表した場合、ｘ／ｙ（直線の傾斜角）が規定値より多い場合は、サンプル数ｙ全般の誤差が多すぎるものとしてエラーと判断するものである。
これは、例えばある加算数値列の総数ｙの中に局部的に極めて大きい誤差があり、その他の箇所の誤差が殆どない場合などには、最小二乗法を採用することにより、ｘ／ｙが小さい値を示す反面、加算数値列の総数ｙの全般に亘って誤差がある場合には、たとえトータルの誤差が前記例の局部的に大きい誤差があるものより小さい場合でもｘ／ｙが大きい値を示すことがあることから、画像全般のマッチ度を判断するには合理的な判断方法である。
【００２６】
なお、以上のような各画素Ｇの明度の加算や、両画像の比較や、最小二乗法の演算等は、コンピュータにとって得意分野で迅速に処理できる操作であり、至短時間に計算されて結論が得られる。
【００２７】
また、以上の例では、画像の各画素の明度を縦列、横列方向の画素ラインで加算して、Ｘ、Ｙ方向の加算数値列を求め、Ｘ、Ｙ方向の補正量を求めるようにしているが、対角線方向、及びこれと平行な斜め列の明度を加算した数値列を得、両画像で比較するようにしても良い。この場合は、縦列と横列以外に二方向の斜め列の加算数値列が加わることにより、画像の回転方向の補正も可能となり、より正確に補正することができる。
【００２８】
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、検査対象物等は任意である。また、画素ラインをズラシながら比較する際、どちらの画像の加算数値列をズラシても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
基準画像と撮影画像を位置合わせする際、画像の各画素の明度分布により位置ズレを判断することで、補正量の算出を迅速に且つ正確に行うことができるため、例えば実装基板等を画像で検査する場合に、検査時間の短縮や検査精度の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】基準画像または撮影画像の一例図
【図２】本発明の画素の縦列、横列の画素ラインを説明する説明図
【図３】基準画像と撮影画像の位置合わせ状況を説明するための説明図
【符号の説明】
【００３１】
Ｍ…基準画像、Ｓ…撮影画像、Ｇ…画素。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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